CN106277365A - 一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法 - Google Patents

一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，首先，制得复合微生物菌剂；将具有有机物降解和脱氮功能的粉末活性炭悬浮液脱水、浓缩和富集，得到富集复合微生物的炭渣。将富集的复合微生物炭渣在固体培养基平板上培养活化，然后将各个培养基上的单菌落分别进行液体培养基扩大化培养。其次按质量比依次加入水性聚氨酯预凝胶、复合微生物菌剂、硫酸铵或过硫酸钾引发剂以及四甲基乙二胺催化剂，均匀搅拌，控制反应温度，静置凝固，机械切割成颗粒。最后将制得的颗粒加入待处理水样中活化。本发明中得颗粒微生物活性高、机械强度高、溶胀性好和传质效果好，可降低运行成本、减少污泥产量。

Description

一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，特别涉及一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法。
背景技术
粉末活性炭具有广谱吸附性，可以吸附各类难降解物质。粉末活性炭吸附-过滤技术已逐渐应用于污水/工业废水深度处理工艺中。在粉末活性炭深度处理吸附-过滤过程中，过滤阻力会不断增加、过滤速率逐渐下降，与此同时微生物不断富集、增殖，形成了具有生物降解和脱氮功能的生物活性炭。在生物活性炭工艺中，活性炭起到载体作用，附着在活性炭上的微生物可以促进吸附和生物降解，延长活性炭的使用寿命。颗粒生物活性炭的生物降解作用已得到证实和广泛应用，而粉末活性炭吸附-过滤系统中的微生物富集效应以及生物降解作用的研究还少见报道。一般情况下，具有生物降解和脱氮作用的粉末活性炭在工业废水深度处理系统中会定期排放，使得系统中的微生物量大大降低，另外，富含微生物的粉末活性炭也容易流失。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，将具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭固定在聚氨酯水凝胶中，充分发挥生物作用和粉末活性炭的剩余吸附作用。
本发明所采用的技术方案是：一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备复合微生物菌剂；
首先将具有有机物降解和脱氮功能的粉末活性炭悬浮液脱水、浓缩和富集，得到富集复合微生物的炭渣；然后将富集的复合微生物炭渣在固体培养基平板上培养活化；最后将各个培养基上的单菌落分别进行液体培养基扩大化培养；
步骤2：制备粉末活性炭颗粒；
首先将聚氨酯单体充分溶解于水中，形成水溶性凝胶，然后依次加入复合微生物菌剂、引发剂和催化剂，控制反应温度为35~40℃，迅速搅拌，静置凝固5~10min，机械切割成2~7mm的颗粒；
步骤3：将制得的粉末活性炭颗粒加入待处理水样中活化。
作为优选，按质量百分比，加入5%~15%的聚氨酯单体、2%~5%的复合微生物菌剂、0.5~2.5%的引发剂和0.5%~1.0%催化剂。
作为优选，所述聚氨酯单体属于丙烯酸类结构的大分子单体，其分子结构中含有由聚醚多元醇组成的软段以及在两端引入的脂肪族异氰酸酯硬段组成的结构；软段的分子链长，链节分子量高并且结构对称性好，两端具有相等的丙烯酸基团，每一个聚氨酯丙烯酸基团中均含有一组双键；当凝胶反应开始时，分子两端的丙烯酸基团打开双键，相互聚合交联，通过自由基聚合反应使聚氨酯大分子单体迅速转变成交联的水凝胶。
作为优选，所述将各个培养基上的单菌落分别进行液体培养基扩大化培养，使菌体含量达到1.0*108~1.0*109个/mL。
作为优选，所述引发剂为过硫酸铵或者过硫酸钾。
作为优选，所述催化剂为四甲基乙二胺、过硫酸铵或者过硫酸钾与四甲基乙二胺混合而成的双组分氧化还原体系。
作为优选，所述将制得的粉末活性炭颗粒加入待处理水样中活化，是将制得的粉末活性炭颗粒加入待处理水样中，待处理水样与颗粒的体积比为6~8:2~4，恒温震荡培养，当有机物和氨氮、硝酸盐氮浓度降低时更换水样，重复操作3~4次，完成粉末活性炭颗粒的活化过程。
本发明和现有技术相比，具有如下优点及效果：
（1）传统粉末活性炭在污水或给水中应用时不考虑回收、不循环使用，与污泥一起处置。本发明可以降低粉末活性炭吸附-过滤深度处理工艺中粉末活性炭或其他药剂的投加量，充分利用粉末活性炭的剩余吸附能力，降低运行成本。
（2）该具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒的制作过程简单，造价低廉，且颗粒中微生物活性高、机械强度高、溶胀性好和传质效果好，在工艺长期运行中表现出良好的物化稳定性和生物高效性。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施实例1：
某市政污水进水中包含部分工业废水，COD、氨氮、总氮波动较大，出水排放指标按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标执行。采用粉末活性炭和浸没式超滤膜组合模拟工艺进行提标改造，处理水量为300L/d，粉末活性炭间歇投加，每间隔一个月投加一次，每次投加量为21000mg/L。取浸没式超滤膜膜池中、已连续运行一个月的具有生物作用的粉末活性炭悬浮液，其质量浓度为7500mg/L(MLVSS)，经压滤设备压滤脱水，使含水率降至10%左右，然后进一步离心脱水、浓缩和富集，形成炭渣。将富集的复合微生物炭渣在固体培养基平板上培养活化，然后将培养基上的单菌落分别进行液体培养基扩大化培养，菌体含量达到1.0*108个/mL。将聚氨酯单体充分溶解于水中，形成质量分数为5%的预凝胶，再按质量百分比依次加入2%复合微生物菌剂、0.5%过硫酸铵和0.5%四甲基乙二胺，控制反应温度为35℃，充分搅拌后静置10min，凝结成块，形成酯状水溶胶，机械切割成2~7mm的立方体颗粒。取一定量制得的颗粒加入二沉池出水中，控制二沉池出水与颗粒的体积比为6:4，32℃条件下振荡培养、活化，更换二沉池水样重复操作3次。
该粉末活性炭和浸没式超滤膜组合模拟工艺的下一个运行周期内，停止投加21000mg/L粉末活性炭，改加上叙活化颗粒到膜池中，可以显著提高深度处理工艺出水水质。当污水二沉池出水中COD为50mg/L，氨氮8.29mg/L，总氮18.21mg/L，总磷0.6mg/L，经检测出水中COD未检出，氨氮、总氮和总磷分别为0.3mg/L、0.7mg/L和0.05mg/L。
实施实例2：
某工业园区接纳印染废水为主的污水处理厂，二沉池出水中污染物以难降解有机物和色度物质为主。采用“进水均质+厌氧水解+缺氧+改良氧化沟+混凝沉淀”的处理工艺，二沉池出水执行《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标。采用分级吸附过滤的方式进行提标改造。一级过滤为板框压滤机过滤，二级过滤采用膜过滤罐中投加粉末活性炭的方式，粉末活性炭投加量为100mg/L。取膜过滤罐中、已连续运行一个月的具有生物作用的粉末活性炭悬浮液，其质量浓度为4500mg/L(MLVSS)，经压滤设备压滤脱水，使含水率降至10%左右，然后进一步离心脱水、浓缩和富集，形成炭渣。将富集的复合微生物炭渣在固体培养基平板上培养活化，然后将培养基上的单菌落分别进行液体培养基扩大化培养，菌体含量达到8.0*108个/mL。将聚氨酯单体充分溶解于水中，形成质量分数为10%的预凝胶，10%，再按质量百分比，依次加入4%复合微生物菌剂、1.0%过硫酸钾和1.5%四甲基乙二胺，控制反应温度为35℃，充分搅拌后静置8min，凝结成块，形成酯状水溶胶，机械切割成块为边长2~7mm的立方体颗粒。取一定量制得的颗粒加入二沉池出水中，控制二沉池出水与颗粒的体积比为8:2，32℃条件下振荡培养、活化，更换二沉池水样重复操作3次。
该二级过滤工艺下一运行阶段，在第二级过滤过程中停止投加100mg/L粉末活性炭，改加上叙活化颗粒到膜过滤罐中，可以显著提高深度处理工艺出水水质。当污水二沉池出水中COD为60mg/L，氨氮25.21mg/L，总磷0.38mg/L，将具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒加入到膜过滤罐中，经检测出水中COD未检出，氨氮和总磷分别为6.23mg/L和0.29mg/L。
实施实例3：
某工业园区接纳造纸废水为主的污水处理厂，二沉池出水执行《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标，采用粉末活性炭和浸没式超滤膜组合模拟工艺提标改造，在浸没式超滤膜池内维持高浓度的活性炭浓度，膜池内粉末活性炭累积浓度高达70000mg/L，处理水量为200m3/d。取浸没式超滤膜膜池中、已连续运行一个月的具有生物作用的粉末活性炭悬浮液，其质量浓度为7500mg/L(MLVSS)，经压滤设备压滤脱水，使含水率降至10%左右，然后进一步离心脱水、浓缩和富集，形成炭渣。将富集的复合微生物炭渣在固体培养基平板上培养活化，然后将培养基上的单菌落分别进行液体培养基扩大化培养，菌体含量达到1.0*109个/mL。将聚氨酯单体充分溶解于水中，形成质量分数为15%的预凝胶，再按质量百分比依次加入5%复合微生物菌剂、1%的过硫酸铵与四甲基乙二胺组合溶液，控制反应温度为40℃，充分搅拌后静置5min，凝结成块，形成酯状水溶胶，机械切割成2~7mm的立方体颗粒。取一定量制得的颗粒加入二沉池出水中，控制二沉池出水与颗粒的体积比为7:3，32℃条件下振荡培养、活化，更换二沉池水样重复操作4次。
该粉末活性炭和浸没式超滤膜组合模拟工艺的下一个运行周期内，停止投加粉末活性炭，改加上叙活化颗粒到膜池中，可以显著提高深度处理工艺出水水质。当污水二沉池出水中COD为150mg/L，氨氮0.93mg/L，总磷0.142mg/L，经检测出水中COD氨氮和总磷分别为40mg/L、0.23mg/L和0.05mg/L，出水SS稳定维持在10mg/L以内。
本发明将具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭固定在聚氨酯水凝胶中，充分发挥生物降解和脱氮作用以及粉末活性炭的剩余吸附作用，具有提高反应器内微生物浓度、容易固液分离、提高菌体耐受性等特点。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备复合微生物菌剂；
首先将具有有机物降解和脱氮功能的粉末活性炭悬浮液脱水、浓缩和富集，得到富集复合微生物的炭渣；然后将富集的复合微生物炭渣在固体培养基平板上培养活化；最后将各个培养基上的单菌落分别进行液体培养基扩大化培养；
步骤2：制备粉末活性炭颗粒；
首先将聚氨酯单体充分溶解于水中，形成水溶性凝胶，然后依次加入复合微生物菌剂、引发剂和催化剂，控制反应温度，搅拌，静置凝固，切割成颗粒；
步骤3：将制得的粉末活性炭颗粒加入待处理水样中活化。
2.根据权利要求1所述的具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于：按质量百分比，加入5%~15%的聚氨酯单体、2%~5%的复合微生物菌剂、0.5~2.5%的引发剂和0.5%~1.0%催化剂。
3.根据权利要求1所述的具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于：步骤2中控制反应温度为35~40℃，迅速搅拌，静置凝固5~10min，机械切割成2~7mm的颗粒。
4.根据权利要求1所述的具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于：所述聚氨酯单体属于丙烯酸类结构的大分子单体，其分子结构中含有由聚醚多元醇组成的软段以及在两端引入的脂肪族异氰酸酯硬段组成的结构；软段的分子链长，链节分子量高并且结构对称性好，两端具有相等的丙烯酸基团，每一个聚氨酯丙烯酸基团中均含有一组双键；当凝胶反应开始时，分子两端的丙烯酸基团打开双键，相互聚合交联，通过自由基聚合反应使聚氨酯大分子单体迅速转变成交联的水凝胶。
5.根据权利要求1所述的具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于：所述将各个培养基上的单菌落分别进行液体培养基扩大化培养，使菌体含量达到1.0*108~1.0*109个/mL。
6.根据权利要求1所述的具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵或者过硫酸钾。
7.根据权利要求1所述的具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于：所述催化剂为四甲基乙二胺、过硫酸铵或者过硫酸钾与四甲基乙二胺混合而成的双组分氧化还原体系。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法，其特征在于：所述将制得的粉末活性炭颗粒加入待处理水样中活化，是将制得的粉末活性炭颗粒加入待处理水样中，待处理水样与颗粒的体积比为6~8:2~4，恒温震荡培养，当有机物和氨氮、硝酸盐氮浓度降低时更换水样，重复操作3~4次，完成粉末活性炭颗粒的活化过程。
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